Уникальные студенческие работы


Физика механические колебания и волны реферат по физике

Рассмотрим два крайних случая: Таким образом, при сложении двух одинаково направленных гармонических колебаний одного периода и с равными амплитудами получается гармоническое колебание того же периода с амплитудой, которая в зависимости от соотношения фаз складываемых колебаний может изменяться от удвоенного значения, если колебания происходят в фазе, до нуля, если они находятся в противофазе.

При сложении гармонических колебаний с разными частотами результирующее колебание не будет гармоническим, а будет являться сложным колебанием Рис.

  • Возвратившись в устойчивое состояние, колеблющееся тело не может сразу остановиться;
  • Таким образом, распространение звука в воздухе начинается с колебаний плотности воздуха у поверхности колеблющегося тела;
  • Таким образом, вторая производная смещения по времени пропорциональна второй производной смещения по координате;
  • Методы локации основаны на отражении электромагнитных волн и упругих волн от препятствий.

Сложение гармонических колебаний с разными частотами: А исходные колебания, Б результирующее колебание. Сложное колебание и его гармонический спектр. Согласно теореме Фурье, любое сложное колебание может быть представлено как сумма простых гармонических колебаний гармоникпериоды или частоты которых кратны основному периоду или частоте сложного колебания. Совокупность простых колебаний, на которые можно разложить данное сложное колебание, называется его гармоническим спектром.

Механические колебания

В гармоническом спектре сложного колебания указываются частоты и амплитуды всех составляющих его простых колебаний. Обычно спектр изображается в виде графика, на горизонтальной оси которого откладываются частоты; затем для каждой из частот простых колебаний имеющихся в спектре, строится ордината, соответствующая амплитуде этого колебания.

Если гармонический спектр сложного колебания содержит только небольшое число простых физика механические колебания и волны реферат по физике и график его состоит из отдельных ординат, то такой спектр называется линейчатым рис.

Если спектр содержит простые колебания практически всех частот в каких-то пределах, то он называется сплошным и график его строится в виде сплошной огибающей кривой. Установление гармонического спектра является основным приемом при анализе сложного колебания.

Этот анализ делается с помощью специальных приборов —гармонических анализаторов. Они применяются и в медицине при исследовании, например, колебаний биопотенциалов головного мозга и др.

Многие процессы человеческого организма являются периодическими: В результате сложения двух взаимно-перпендикулярных колебаний различного периода тело движется по сложным фигурам, форма которых зависит от соотношения периодов, амплитуд и начальных фаз складываемых колебаний и которые называются фигурами Лиссажу. Фигуры Лиссажу для колебаний различающихся начальными фазами Da. Эта передача энергии становится возможной благодаря тому, что частицы среды сами представляют собой миниатюрные колебательные системы.

Молекулы среды связаны друг с другом силами, законы которых в известных границах подобны законам упругих сил. Если одна из частиц окажется выведенной из положения физика механические колебания и волны реферат по физике, то силы, действующие на нее со стороны соседних частиц, заставляют ее вновь вернуться к устойчивому положению.

Вместе с тем, по закону равенства действия и противодействия, соседние частицы также подвергнутся влиянию смещающих сил и в свою очередь будут выведены из устойчивого положения.

Таким образом, каждое возмущение, однажды возникнув в определенном участке среды, будет постепенно распространяться, захватывая частицы, все дальше и дальше отстоящие от места начального возмущения.

Сколько стоит написать твою работу?

Колебательный процесс благодаря взаимодействию частиц будет распространяться в среде с некоторой конечной скоростью. Процесс распространения колебаний в среде называется волновым движением или просто волной.

Для нашего случая это будет упругая или механическая волна. Различают продольные и поперечные волны. Вид волн, распространяющихся в среде, существенно зависит от упругих свойств среды. Волна, распространяющаяся в том же направлении, в котором происходят колебания частиц среды, называется продольной волной.

Механические колебания и волны

Продольные волны образуются в телах, обладающих упругостью объема, то есть противодействующих деформации объемного сжатия. Это свойственно всем телам, поэтому они образуются в любых средах: К продольным волнам, в частности, относятся звуковые, инфразвуковые и ультразвуковые.

Волна, в которой колебательное движение совершается перпендикулярно к направлению распространения колебаний, называется поперечной. Поперечные упругие волны образуются только в твердых телах, которые обладают упругостью формы, то есть противодействуют деформации сдвига например, сейсмические волны в земной коре при землетрясениях; волны, бегущие вдоль натянутой струны; крутильные волны, вызываемые попеременным закручиванием и раскручиванием конца длинного стержня.

Продольные и поперечные колебания частиц среды, несущей волну, представляют собой частные случаи волнового процесса. Существуют и другие волны, в которых колебательные движения складываются из одновременных продольных и поперечных смещений.

Это волны вздутия, поверхностные. В поперечной волне частицы среды не смещаются в направлении распространения волны. Но колебания каждой последующей частицы среды физика механические колебания и волны реферат по физике по фазе относительно предыдущих частиц.

  1. Смещение по времени выражается в долях периода, а сдвиг или разность фаз — в угловых единицах.
  2. Сложное колебание и его гармонический спектр. Заставим этот поршень совершать гармоническое колебание.
  3. Волна, в которой колебательное движение совершается перпендикулярно к направлению распространения колебаний, называется поперечной. Если ударять ребром линейки, параллельным поверхности воды, то можно создать волну, имеющую форму не концентрических колец, а параллельных друг другу прямолинейных гребней и впадин.
  4. Найти их длины, если один из них на 32 см короче другого.

Вследствие этого гребни и впадины волны, заметные для глаза, перемещаются в направлении распространения волны. Это и отмечается физика механические колебания и волны реферат по физике как движение волны. Под скоростью волны понимается скорость, с которой в среде перемещаются одинаковые фазы колебаний частиц. Эта скорость называется фазовой скоростью волны.

Скорость волны зависит от упругих свойств а также плотности среды. Расстояние между двумя ближайшими точками среды, колебания которых происходят в одинаковой фазе, называется длиной волны l или расстояние, на которое распространяются колебания в среде за время, равное одному периоду колебания. Она численно равняется произведению скорости V распространения волны на период Т или отношению скорости распространения волны к частоте n колебания: Кроме l, А, или Т колебаний волна характеризуется формой колебания частиц в волне.

Так же как и колебания, волны делятся на простые гармонические и сложные. Колебания, возбуждаемые в физика механические колебания и волны реферат по физике точке, в однородной изотропной среде распространяются от нее равномерно по всем направлениям, такая волна называется сферической. Если источник колебаний имеет значительную плоскую поверхность, то волна от него будет распространяться направленным потоком перпендикулярно поверхности источника; такая волна называется плоской.

Составим уравнение плоской гармонической волны, позволяющее определить смещение S точки Б среды, находящейся на любом расстоянии x от начальной точки А, в направлении распространения волны в любой момент времени. Пусть для начальной точки А уравнение колебания: Тогда для точки Б уравнение колебания будет: Таким образом, смещение S точек среды в упругой волне является функцией двух переменных: График этой зависимости как бы моментальный снимок волны называют графиком волны.

Для простой гармонической волны график имеет форму синусоиды или косинусоиды.

  1. Если в комнате задребезжали оконные стекла при проезде по улице тяжелого грузовика, то это значит, что собственные частоты колебаний стекла совпали с частотой колебаний машины.
  2. Период этих колебаний находится из формулы. Это и отмечается наблюдателем как движение волны.
  3. Дело в том, что упругие поперечные волны могут распространяться только в твердых телах, в то время как продольные волны могут распространяться и в жидкостях, и в газах.
  4. Звук получится уже шумоподобным. Если источник колебаний имеет значительную плоскую поверхность, то волна от него будет распространяться направленным потоком перпендикулярно поверхности источника; такая волна называется плоской.

Зависимость между смещением S точки, ее координатой x и временем t, выраженная в дифференциальной форме называется волновым уравнением. Для составления уравнения плоской волны находим частные производные второго порядка от смещения S по времени t и координате x: Таким образом, вторая производная смещения по времени пропорциональна второй производной смещения по координате. Коэффициент пропорциональности равен квадрату скорости физика механические колебания и волны реферат по физике волны V.

Это и есть дифференциальное уравнение плоской волны, распространяющейся в направлении оси x со скоростью V см. Оно в наиболее общем виде описывает распространение волнового процесса. Основные характеристики амплитуда, период или частота, длина волны и форма колебаний продольной волны, её уравнение и графику аналогичны поперечной.

График плоской волны 1.

  • У консонирующих созвучий мы имеем спектр, состоящий из нескольких таких наборов частот, причем основные относятся как небольшие целые числа;
  • Для мгновенного значения энергии потенциальной и кинетической одной частицы можно записать;
  • Волны, распространяющиеся по поверхности жидкости, не являются ни продольными, ни поперечными;
  • При прохождении волны в каждой точки поверхности жидкости происходит деформация этой поверхности и, следовательно, энергия поверхностного натяжения;
  • Казалось бы, никакого различия между ними быть не может;
  • Кинетическая и потенциальная энергии колебательного движения.

Причем потенциальная энергия обусловлена деформацией вещества при взаимном смещении частиц. В отличие от колебаний свободного тела в волне не происходит взаимного перехода кинетической и потенциальной энергии частиц.

Мгновенные значения той и другой энергии изменяются одновременно в фазе соответственно изменению смещения частиц.

Для мгновенного значения энергии потенциальной и кинетической одной частицы можно записать: Из формулы 18 следует, что мгновенные значения энергии каждой частицы среды изменяются во времени с удвоенной частотой колебания, причем в каждый момент времени эти значения для различных частиц отличаются. Однако среднее значение энергии за период колебания для всех частиц одинаково и составляет: Рассчитаем энергию волны для некоторого объема DV среды, в которой она распространяется. Величина, численно равная средней энергии Физика механические колебания и волны реферат по физике, переносимой волной в единицу времени t через заданную поверхность S, перпендикулярную направлению распространения волны, называется потоком энергии через эту поверхность: Поток энергии, приходящийся на единицу поверхности, называется плотностью потока энергии: Плотность потока энергии называют также интенсивностью волны.

Векторпоказывающий направление распространения волны и равный потоку энергии, проходящему через единичную площадку, перпендикулярную этому направлению, называют вектором Умова: Николай Алексеевич Умов 1846-1915 является исследователем потока энергии.

Идеи о движении энергии были изложены в его диссертации "Уравнения движения энергии в телах", защищенной им в 1874 году на физико-математическом факультете Московского университета. И только через десять лет к таким же выводам о движении энергии пришел английский физик Пойнтинг.

Имя Умова вошло в историю физики.

VK
OK
MR
GP